金陵中学高中物理人教版必修①

《牛顿第一定律》教学设计

金陵中学

210005

徐锐

一．教材分析

牛顿第一定律

(

也称惯性定律

)

揭示了运动与力的关系：力不是维持物体运动的原因，而是

改变物体运动状态的原因，物体运动状态保持不变是物体的一种属性（即惯性）。它被称为牛

顿物理学的基石，力学的第一原理。正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误，改

变了人类的自然观和世界观，才导致牛顿第二定律得出，并使牛顿以新的视角看待引力，进而

令人信服地表明，天上和人间服从同样的力学。与此同时，它本身还包含着力、惯性和参考系这

些极富成果的科学概念，成为物理学理论的支柱和基石。

理想实验作为一种科学的思维方法，在物理研究中具有十分重要的地位和作用。教科书展

示了伽利略斜面理想实验的猜想依据、设计思路、推断结果这一思维过程，使学生领悟理想实验

在物理学发展中的重要地位和作用。

惯性概念是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而成为难点。本教科书在“惯性与质

量”的阐述中，除说明惯性是保持物体运动状态或静止状态不变的固有性质外，还用了较形象

的语言“抵抗运动状态变化的本领”来帮助学生进一步理解惯性的概念。并在如何比较惯性大

小时，提供了一种方法，即物体质量不同，从静止达到某一速度的难易程度不同。

质量的概念也是一个基本的物理概念，这一概念在中学阶段是逐步加深的，它已经从“质

量是物体所含物质的多少”发展到了“质量是抗拒物体运动状态改变的性质的量度”，即从大

家熟知的存放在巴黎附近塞弗尔的国际计量局里的铂－铱合金圆柱体的认识，发展到了一个抽

象的概念，明确了质量在动力学中的地位和意义。

二．设计思想

从新课程将教学目标设定为三维目标，这样做的目的是希望在实施教学过程中，不仅重视

知识本身，同时注重知识的建构过程，渗透科学方法与科学思想，激发学生学习物理的兴趣。

牛顿第一定律学生在初中已经学过，对“物体的运动不需要力来维持，惯性的意义…”均

有所了解，因此本课节的知识内容并非是重点。而教学的重点是牛顿第一定律建立的过程，从

过程中学习伽利略的科学探究方法

---

实验和逻辑推理相结合。

实验是物理科学的基础，也是学生学习物理知识的主要途径，牛顿第一定律并非只是通过

实验所能得到，因此在教学过程中，不能为了课的“好看”去设计实验，不必要的实验只是

“画蛇添足”。本课设计的两个实验，一是观察气垫导轨上滑块的运动，二是惯性的演示实验。

气垫导轨实验的实验目的：第一并不是用来证明伽利略的“运动不需要力来维持”观点，而是

通过实验让学生看到，如果阻力足够小，物体的速度确实变化不大；第二是通过对实验的分析

培养学生实事求是与严谨的科学的态度。惯性的演示实验是观察运动与静止物体的惯性，该实

验的目的是通过实验加深对惯性概念的理解与建立，并激发学生学习物理的兴趣。

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金陵中学高中物理人教版必修①

三．教学设计

课题名称牛顿第一定律教材与章节人教版必修①第四章第一节

教学目标

．知识与技能

(1)

知道伽利略的理想实验

(2)

掌握牛顿第一定律的内容

(3)

理解惯性的概念

．过程与方法

（

）通过生活现象与实验事实，培养学生的观察能力；

（

）通过实验分析，培养学生逻辑推理能力。

．情感态度与价值观

通过科学史的简介，培养学生严谨的科学态度，感受科学家对科学真理的执

着追求。

教学重点对伽利略理想实验的理解：牛顿第一运动定律，惯性。

教学难点伽利略理想实验的设计与分析；质量是惯性大小的量度。

教具气垫导轨、滑块、玻璃杯、鸡蛋、小车、木块等。

教学流程

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图

例

师生共同活动

学生活动

教师活动

观察

思考

提出问题

提出猜想

应用知识解

释生活现象

历史回顾

逻辑推理

阅读与思考

进一步提

出问题

归纳与

总结

观察现象

逻辑推理

了解科学

研究方法

金陵中学高中物理人教版必修①

教学过程

教学进程教学过程与师生互动教学设计思

想

历史回顾亚里士多德（

Aristotle

约公元前

384-

前

322

，古希腊学者）观

点：力是维持物体运动的原因。

这是因为地面上的物体都跟地球一样，它们的“自然本性”

是静止；而天体却与地球不同，它们的“自然本性”是以地球为

中心做圆周运动。

了解科学研

究史

提出问题

．物体运动需要力来维持吗？

学生从初中就了解“力不是维持物体运动原因”的结论，因此

这里不需要再设计实验。该问题只是为下一个问题创设台阶。

．你是如何知道“力不是维持物体运动的原因”的？

其实学生是从书本或教师传授中得知“力不是维持物体运动的

原因”，并不了解科学研究历程。为此，我们不能说教学已达到了

目标。设计该问题并不是真正要学生回答，而是启发学生思考，激

发求知的欲望。

提出问题

激发思考

提出问题

．如果小球沿光滑斜面下滑，物体的运动速度将如何变化？

．如果沿光滑斜面上滑，物体的运动速度又将如何变化？

上述两个问题，并不要通过实验演示来提问，因学生有一定的

生活经验，完全可以想象出物体的运动情况。

． (学生正确回答上述问题后)你还能提出什么问题？

这里并没有直接提出“物体在光滑水平面上将如何运动”的

问题，其目的是让学生学会去设计问题，培养其观察思考能力。观

察不只是看现象，应该带着问题去看，看的过程中要有所思考，

要善于提出有价值的问题。

培养抽象思

维与提出问

题的能力

提出问题 1．为什么说物体沿光滑水平面运动，它将做匀速运动？

学生一定会认为物体在光滑水平面上是匀速运动。但该问题的

设计，是让学生反思自己得出结论的依据，其实就是根据前两个

问题的一种逻辑推理，也是合理的科学假设。

2．你能通过实验来证明吗？

这个问题对学生来说是有一定的难度。同样，问题提出的目的

是启发学生思考。同时也说明了下面演示实验的目的。)

培养逻辑

思维能力

设计实验

观察现象

．将小车在垫有毛巾的水平面上滑动。

．将小车在较为光滑的水平木板上运动。

．将滑块在气垫导轨上运动。

实验很简单，现象也比较明显，教师应该引导学生对实验现

象进行对比、归纳，并进一步提出问题。

了解设

计思想，培

养学生的观

察能力

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分析

实验现象

．实验现象：随水平面上粗糙程度的减小，物体滑行的距离在增

大。

．如果气垫导轨很长，滑块能一直运动不停止吗？

这就是在实验归纳的基础上，进一步所提出的问题。这也是说

明，没有阻力的空间是不存在的，无法用实验直接去验证假设。

．该实验能否说明“物体如果不受外力，将一直运动下去”吗？

从实验可以看出，在其它条件相同的情况下，摩擦越小，物

体滑行的水平距离越大。因此可以推论，如果没有摩擦，物体将永

远不会停止。这就是逻辑的力量!逐渐渗透逻辑推理在科学研究中

的作用。

经历科

学探究过程

认识科学探

究的意义，

尝试应用科

学探究的方

法

(

合理的

外推

)

研究

物理问题，

揭示事物的

本质。

历史回顾其实上面的研究方法就是当年伽利略对物体运动的思考过程，

由此对亚里士多德“力是维持物体运动原因”提出了质疑，并建

立了“如果物体不受阻力作用，将保持匀速运动”的假设。从而他

设计了下面的理想实验。

．伽利略假设的提出：如果小球沿光滑斜面下滑，它的速度将会

越来越快；如果沿斜面上滑，它的速度将会越来越慢；由此他

提出假设：物体沿光滑水平

面，速度将不变。

．实验的设计：设计原理是根

据等高原理

等高实验是伽利略受到教堂

内吊灯摆动的启发，将摆球拉到

一边，由静止开始释放，摆动球

会摆到另一边，用水平长尺标记

其高度，用一根针多次改变小球的悬点，重复实验。在当时的测量

测量条件下，伽利略得出的结论是：摆球能上升到原来的高度，

这就是等高实验。

理想斜面的实验装置如图

所示。

设想小球从某一高度下滑，将滑至另一个斜面的同一高度；

如果减小另一斜面的倾角，小球将达到同一高度，但运动的距离

变大了；由此可以外推：如果另一个斜面水平，小球将永远地运

动下去。即物体不受外力，将永远运动下去，则力不是维持物体运

动的原因。

要让学生理解“理想实验”虽然也叫实验，但它不等同于其它

科学实验。真实的实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种

思维活动，是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的

“实验”。并指出理想实验是以真实的科学实践(等高实验事实)为

基础，抓住主要矛盾，忽略次要(阻力)矛盾，对实际过程做出了

更深入的抽象分析。理想实验是以正确的逻辑法则为依据的，它是

自然科学理论研究中的重要方法。

进一步地了

解科学

研究方法

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图 1

金陵中学高中物理人教版必修①

阅读与思考

．阅读教材第

页。

．笛卡儿的观点是什么？

除非物体受到力作用，否则物体将永远保持静止状态或运动

状态，它永远不会使自己沿曲线运动，而只会保持在直线上运动。

．笛卡儿的观察与伽利略的观察有什么不同？

不仅否定了亚里士多德地球上物体“自然本性”是静止，而

且还否定了天体的“自然本性”是以地球为中心做圆周运动。

．牛顿第一定律与伽利略、笛卡儿的说法有什么本质上的区别

伽利略对物体不受外力时的运动作了准确的描述，但他没有

明确指出运动和力的关系是什么。笛卡儿在伽利略的基础上更进一

步。牛顿在前人工作的基础上，根据自己的研究，系统地总结了力

和运动的关系，讲清了力是改变运动状态的原因，并不是维持运

动状态的原因。而保持物体运动状态是物体的一种属性-惯性。

通过阅

读，进行归

纳对比，进

一步了解理

解牛顿第一

运动定律。

观察实验

列举事例

构建概念

．通过实验演示物体具有保持静止状态与运动状态的属性。

汽车启动，在汽车中的人为什么会相对汽车向后倾斜？刹车

时人为什么会相对汽车向前运动？还可以通过实验演示。

．通过生活实例，理解惯性大小与质量的关系。

运动的卡车与小汽车哪一个更容易静止？战斗机为什么质量

要小？等等。

．惯性的定义：物体保持原来运动状态的性质，质量是惯性大小

的量度。

惯性是物体“抵抗运动状态变化的本领”，从而突显力是

“改变物体运动状态变化的原因”。

．运用物体惯性与防止惯性危害的方法

通过学生举例，将所学物理知识用于解释生活现象。

通过实

验现象，生

活事例帮助

学生构建物

理概念。

归纳总结

．亚里士多德：力是维持物体运动的原因。通过直觉的观察提出

问题为科学家的研究确立了课题。

．伽利略：运动不需力维持。理性的思维与逻辑的推理认识事物

的本质，给人们认识世界提供了科学的研究方法。

笛卡儿：如果没有其它原因，运动物体将继续以同一速度沿着一

条直线运动，即不会停下来，也不会偏离原来的方向。否定了亚

里士多德地上物体的“自然本性”是静止，天上物体的“自然

本性”是圆周运动。同时为牛顿建立第一定律打下了基础。

牛顿：一切物体总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，直

到有外力迫使它改变这种状态为止。它描述了物体不受外力作用

时的运动规律；阐明了力的科学定义；揭示了物体普遍具有的

属性──惯性。

了解科

学发展过程。

四、教学反思

本的打破了以往的，不是完全由授，同也不是完全由生节课教学设计传统设计教师传时学

自主探究式的。在之前充分了解生的水平，了解生知道什，不知道什；设计设计学认识学么么

根据新的三目，生什，培什，影什，精心流程。课标维标应该给学么养么响么来设计教学为学

生符合其律的思道，使生的信息理和思活得以利行。因此本铺设认识规维轨学处维动顺进节课

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金陵中学高中物理人教版必修①

的核心是精心，一入手，去引生思考、察、、、推理。的设计问题从个个问题导学观讨论归纳这样

，同是本着以主，生主体的堂模式。教学设计样教师为导学为课教学

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